Nghiên cứu ứng xử cắt của dầm bê tông cường độ cao cốt sợi thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRẦN THỊ LÝ

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ
TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HÀ NỘI - 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRẦN THỊ LÝ

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ
TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình đặc biệt
Mã số
: 9580206

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Phạm Duy Anh
2. TS. Đào Văn Dinh

HÀ NỘI - 2022

i
LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
nêu trong luận án là do tơi thực hiện, kết quả thí nghiệm trung thực và chưa
được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngàytháng năm 2022
Tác giả luận án

Trần Thị Lý


ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................................................. i
MỤC LỤC............................................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................................... viii
DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU............................................................................................ ix
MỞ ĐẦU.................................................................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP VÀ ỨNG XỬ CẮT DẦM

BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP.............................................................................................................. 6
1.1. Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao cốt sợi thép.................................................. 6
1.1.1. Lịch sử phát triển của bê tông cường độ cao...................................................... 6
1.1.2. Lịch sử phát triển của bê tơng cốt sợi thép (BTCST)...................................... 8
1.2. Tính năng cơ học của bê tông cốt sợi thép.................................................................... 11
1.2.1. Lực dính bám giữa sợi thép và chất nền BT, dính bám của cốt thép và

BTCST.......................................................................................................................................... 11
1.2.2. Cường độ chịu kéo trực tiếp của BTCST........................................................... 13
1.2.3. Cường độ chịu nén..................................................................................................... 15
1.2.4. Cường độ chịu uốn..................................................................................................... 16
1.2.5. Độ bền cắt...................................................................................................................... 17
1.2.6. Co ngót và từ biến....................................................................................................... 18
1.2.7. Ảnh hưởng của cốt sợi thép đến tính chất cơ học BTCST.......................... 18
1.3. Tổng quan về nghiên cứu ứng xử cắt của dầm BT CST và BTCĐC CST
trong nước và thế giới.................................................................................................................. 21
1.4. Kết luận chương 1................................................................................................................... 37
Chương 2. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO SỨC KHÁNG CẮT
CỦA DẦM BTCĐC CST................................................................................................................ 39
2.1. Sự phá hủy và các thành phần lực cắt của dầm BTCST........................................... 39
2.1.1. Sự phá hủy dầm BTCT và BTCST...................................................................... 39
2.1.2. Các thành phần tham gia chịu cắt. 41


iii
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt của dầm BT CST.......................48
2.2. Các mơ hình dự báo sức kháng cắt của dầm BT CST............................................... 53
2.2.1. Các mơ hình trong tiêu chuẩn hiện hành............................................................ 53
2.2.2. Các mơ hình thực nghiệm........................................................................................ 56
2.2.3. Các mơ hình bán thực nghiệm:.............................................................................. 64
2.3. Xây dựng mơ hình tính tốn sức kháng cắt dầm BTCĐC CST............................. 76
2.3.1. Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình tính tốn sức kháng cắt dầm
BTCĐC CST.............................................................................................................................. 76
2.3.2. Kế hoạch thí nghiệm xây dựng mơ hình tính tốn cường độ chịu kéo
dư (σf)............................................................................................................................................ 85
2.3.3. Mơ hình tính tốn sức kháng cắt đề xuất dầm BTCĐC CST và sơ đồ
khối bài toán............................................................................................................................... 92

2.4. Kết luận chương 2................................................................................................................... 95
Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CẮT DẦM BTCĐC CST 97

3.1. Mục tiêu thí nghiệm............................................................................................................... 97
3.2. Thiết kế dầm thí nghiệm....................................................................................................... 97
3.2.1. Lựa chọn cấu tạo dầm BT CĐC CST thí nghiệm........................................... 97
3.2.2. Số lượng dầm, các thơng số của dầm thí nghiệm......................................... 100
3.3. Tính tốn sức kháng cắt dầm thử nghiệm theo mơ hình đề xuất và khảo sát
các yếu tố ảnh hưởng................................................................................................................. 100
3.3.1. Dự báo sức kháng cắt dầm BTCĐC CST và khảo sát hưởng hàm
lượng sợi.................................................................................................................................... 100
3.3.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi............................................................................... 102
3.3.3. Ảnh hưởng của chiều cao dầm............................................................................ 102
3.4. Tính tốn tải trọng thí nghiệm......................................................................................... 103
3.5. Tiến hành thử nghiệm......................................................................................................... 104
3.5.1. Chế tạo dầm................................................................................................................ 104
3.5.2. Tiến hành uốn dầm................................................................................................... 105
3.6. Kết quả và phân tích kết quả............................................................................................ 107


iv
3.6.1. Sức kháng cắt của dầm thử nghiệm................................................................... 107
3.6.2. Phân tích hình thức phá hủy dầm thử nghiệm............................................... 108
3.6.3. Phân tích về mối quan hệ tải trọng và độ võng giữa nhịp.........................110
3.6.4. Phân tích kết quả đo biến dạng bê tông miền nén........................................ 111
3.6.5. Kết quả đo biến dạng trong cốt dọc chủ.......................................................... 112
3.6.6. Kết quả đo biến dạng trong cốt đai.................................................................... 114
3.7. Kết luận chương 3................................................................................................................ 115
Chương 4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN VỀ CẮT CHO DẦM CẦU
ĐƯỜNG BỘ SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT SỢI THÉP..............117

4.1. Đặt vấn đề................................................................................................................................ 117
4.2. Giải pháp thiết kế cắt cho dầm cầu dường bộ bằng BTCST................................ 117
4.3. Trình tự thiết kế..................................................................................................................... 120
4.4. Ví dụ tính tốn....................................................................................................................... 123
4.4.1. Số liệu tính tốn........................................................................................................ 123
4.4.2. Tính tốn nội lực trong dầm................................................................................. 124
4.4.3. Kết quả tính tốn...................................................................................................... 126
4.5. Kết luận chương 4................................................................................................................ 126
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:................................................................................................... 128
CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ........................................................... 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 131
PHỤ LỤC 1:......................................................................................................................................... 142
PHỤ LỤC 2:......................................................................................................................................... 153
PHỤ LỤC 3:......................................................................................................................................... 158


v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Ứng xử của cốt sợi thép Dramix trong bê tơng.................................................... 12
Hình 1.2 Thí nghiệm kéo cốt thép trượt khỏi bê tơng[105]............................................... 13
Hình 1.3. Biểu đồ úng xuất- biến dạng của thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu BTCST .. 14

Hình 1.4. Mẫu thử và đồ thị mối quan hệ giữa ứng suất- độ biến dạng sau nứt........14
Hình 1.5. Ứng xử uốn của bê tơng cốt sợi thép...................................................................... 16
Hình 1.6. Mối liên hệ giữa chiều dài sợi (Lf) và độ mở rộng vết nứt (w) với mô
men trong dầm theo tác giả De-Montaignac và các cộng sự

19

Hình 1.7 Chiều dài nhịp cắt(a) và chiều cao hữu hiệu(d)................................................... 25

Hình 1.8 Biểu đồ liên hệ giữa lực tác dụng và độ võng dầm BTCST............................ 26
Hình 1.9. Các vết nứt do lực cắt gây ra trong dầm BT CĐC và BTCĐC CST..........28
Hình 1.10. Các dạng vết nứt trong dàm UHPC...................................................................... 31
Hình 1.11. Mơ hình thí nghiệm dầm BTCT DUL sử dụng cốt sợi thép........................ 33
Hình 1.12. Dạng phá hoại của dầm BT CĐSC khơng bố trí cốt đai và cốt sợi..........34
Hình 1.13 Ứng xử cắt của dầm BT CĐSC có sợi thép........................................................ 35
Hình 1.14 Ứng xử cắt của dầm BT CĐSC có sợi thép........................................................ 35
Hình 1.15. Ứng xử cắt trong dầm BT CĐSC có bố trí cốt đai và cốt sợi kết hợp....35
Hình 2.1. Các hình thức phá hủy của dầm BTCST khơng cốt đai................................... 40
Hình 2.2. Mơ hình phá hủy dầm BTCST có cốt đai............................................................. 41
Hình 2.3. Vùng B và vùng D trong dầm thơng thường....................................................... 42
Hình 2.4. Sự phân bố ứng suất cắt trong bê tông chưa nứt................................................ 42
Hình 2.5. Cơ chế truyền lực của bê tơng thơng qua ma sát giữa các bề mặt vết nứt
khi có cốt thép chịu cắt

44

Hình 2.6. Đường cong quan hệ giữa biến dạng trượt do cắt và ứng suất cắt...............45
Hình 2.7. Mơ hình phá hủy cơ học do hiệu ứng chốt........................................................... 46
Hình 2.8. Lớp bê tơng bảo vệ quanh cốt thép.......................................................................... 46
Hình 2.9. Biểu đồ ứng suất kéo và độ mở rộng vết nứt của bê tơng CST....................47
Hình 2.10. Sự làm việc của bê tơng và cốt đai trong mơ hình dàn................................ 48
Hình 2.11. Mơ hình dàn khi tính tốn chống cắt dầm BTCT............................................ 48


vi
Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn tương quan giữa ứng suất cắt trung bình và tỷ số a/d...49
Hình 2.13 Tương quan giữa ứng suất cắt trung bình và chiều cao có hiệu của dầm
BTCST

50

Hình 2.14. So sánh cường độ chịu cắt thử nghiệm và trong tiêu chuẩn khi tăng
cường độ chịu nén tới 100MPa

51

Hình 2.15 Mơ hình tính tốn về cắt dầm BTCĐC CST khơng cốt đai.......................... 57
Hình 2.16. Mơ hình tính tốn dầm BTCST theo Lim và Oh............................................. 60
Hình 2.17. Mơ hình tính tốn sức kháng cắt theo Hai H. Dinh và cộng sự.................62
Hình 2.18 Sơ đồ úng suất trên tiết diện..................................................................................... 63
Hình 2.19 Mơ hình vết nứt trượt trong dầm bê tơng cốt sợi thép khơng có cốt đai
trên hình

65

Hình 2.20 Mơ hình vật liệu BTCST............................................................................................ 66
Hình 2.21. Mơ hình giàn mềm cải tiến tính tốn về cắt Dầm BTCST...........................66
Hình 2.22. Xác định giá trị β và θ cho các dầm khơng chứa cốt thép đai................72
Hình 2.23 So sánh giá trị của β và θ khi sử dụng hai mơ hình MCFT và MCFT
đơn giản

73

Hình 2.24 Cấu trúc của mạng ANN 10...................................................................................... 75
Hình 2.25 Mơ hình ứng xử kéo của bê tơng cốt sợi thép theo MCTF...........................78
Hình 2.26 Phân bố ứng suất trên tiết diện vết nứt nghiêng................................................ 79
Hình 2.27 Hiệu ứng vịm trong dầm BTCST......................................................................... 82
Hình 2.28. Môi quan hệ giữa năng lực thống kê phụ thuộc theo cỡ mẫu và độ sai
khác so với giá trị trung bình

88

Hình 2.29. Hàm phân phối chuẩn cường độ ép chẻ của mẫu khơng sợi và sợi ngắn
................................................................................................................................................................... 90
Hình 2.30. Hàm phân phối chuẩn cường độ ép chẻ của mẫu khơng sợi và sợi dài .. 90

Hình 2.31. Hàm phân phối chuẩn cường độ ép chẻ của mẫu sợi ngắn và sợi dài .....90
Hình 2.32. Kết quả xử lý số liệu của mẫu sử dụng loại sợi ngắn (lf/df=63.63)..........91
Hình 2.33. Kết quả xử lý số liệu của mẫu sử dụng sợi dài (Lf/Df=80).......................... 91
Hình 2.34. Sơ đồ khối tính tốn sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST........................94
Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng khi thí nghiệm kéo cốt dọc chủ........98


vii
Hình 3.2 Bố trí cốt thép và các vị trí đo biến dạng và độ võng khi uốn dầm
BTCĐC CST 99
Hình 3.3. Đồ thị mối tương quan giữa Sức kháng cắt dầm BTCĐC CST cấp
70MPa và hàm lượng sợi ngắn (Lf/Df=63.63)................................................ 101
Hình 3.4. Sức kháng cắt dầm BTCĐC CST cấp 70MPa khi sử dụng loại sợi ngắn
(65/35) và sợi dài (80/60)........................................................................................ 102
Hình 3.5 Ván khn đúc dầm BTCĐC CST......................................................................... 105
Hình 3.6 Sơn và kẻ ơ cho dầm thử nghiệm............................................................................ 105
Hình 3.7 Thí nghiệm uốn dầm.................................................................................................... 106
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thiết bị đo tải trọng và độ võng khi uốn dầm............................. 106
Hình 3.9 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0-300-6-300......................................... 108
Hình 3.10 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SN........................109
Hình 3.11. Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-1-300-6-300-SN.............................. 109
Hình 3.12. Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SD....................... 109
Hình 3.13 Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm A-0-300-6-300....................................... 110

Hình 3.14. Mơ hình vết nứt khi uốn dầm Dầm B-0.63-300-6-300-SN....................... 110
Hình 3.15. Đồ thị quan hệ giữa tải trọng và độ võng giữa nhịp dầm H400mm.......111
Hình 3.16. Đồ thị về tải trong và biến dạng trong bê tơng miền nén dầm H400mm
................................................................................................................................................................. 112
Hình 3.17. Đồ thị quan hệ lực cắt và biến dạng trong cốt dọc chủ vị trí D1(dầm H400mm) 113

Hình 3.18. Đồ thị lực cắt và biến dạng trong cốt dọc chủ vị trí D2 (dầm H400mm)
................................................................................................................................................................. 113
Hình 3.19. Đồ thị quan hệ lực cắt và biến dạng trong cốt đai vị trí T1 (με)..............114
Hình 3.20. Đồ thị quan hệ lực cắt và biến dạng trong cốt đai vị trí T2 (μƐ).............115
Hình 4.1. Đồ thị quan hệ tải trọng và độ mở rộng vết nứt............................................... 118
Hình 4.2. Ứng xử mềm (a) và cứng (b) khi kéo dọc trục................................................. 118
Hình 4.3 Mẫu dầm xác định cường độ chịu kéo uốn......................................................... 119
Hình 4.4. Giá trị của Sx khi cốt dọc tập trung và khơng tập trung................................ 123
Hình 4.5. Kích thước dầm............................................................................................................ 123
Hình 4.6. Biểu đồ bao mô men dầm BTCĐC CST tải trọng HL93.............................. 124
Hình 4.7. Phương án cốt thép cho dầm BTCĐC CST....................................................... 125
Hình 4.8. Biểu đồ bao lực cắt dầm BTCĐC CST tải trọng HL93................................. 125


viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Phương trình tương thích biến dạng, các phương trình cân bằng trong
mơ hình và ứng suất biếng dạng MCFT cho đầm BTCT [47] 69
Bảng 2.2 Phương trình tương thích biến dạng, các phương trình cân bằng trong
mơ hình và ứng suất biếng dạng MCFT cho đầm BTCST [61] 77
Bảng 2.3 Kết quả tính tốn số lượng mẫu trong một tổ mẫu bằng Minitab V17.......88
Bảng 2.4 Số lượng và kích thước mẫu ép chẻ và mẫu nén................................................. 89
Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm kéo thép đai................................................................................ 99
Bảng 3.2 Các thông số thiết kế của các dầm thử nghiệm................................................. 100

Bảng 3.3 Kết quả tính tốn sức kháng cắt dầm BT CĐC CST

theo mơ hình đề

xuất (Sợi ngắn)............................................................................................................ 101
Bảng 3.4 So sánh ứng suất cắt trung bình trong dầm BTCĐC CST trong dầm có
H=400mm và H=450mm........................................................................................ 103
Bảng 3.5. Bảng tải trọng tính tốn theo lực cắt và mơ men tới hạn.............................104
Bảng 3.6. So sánh kết quả thử nghiệm và mơ hình lý thuyết.......................................... 107
Bảng 4.1 Kết quả tính toán cốt đai cho dầm BTCST khi dùng sợi dài........................ 126
Bảng 4.2 Kết quả tính tốn cốt đai cho dầm BTCST khi dùng sợi ngắn.................... 126


ix
DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
AASHTO

: American Association of State Highway and Transportation
officials (Hiệp hội Các viên chức Đường bộ và Vận tải Mỹ)

AASHO

: American Association of State Highway officials (Hiệp hội Các
viên chức Đường bộ Mỹ)

ACI
ASCE

: American Concrete Institute (Viện bê tông Mỹ)
: Americal Sociaty of Civil Engineers

BTCT

: Bê tông cốt thép

BTCST

: Bê tông cốt sợi thép

BTCĐC

: Bê tông cường độ cao

BTCĐC CST : Bê tông cường độ cao cốt sợi thép
CMOD

: Crack Mouth Opening Displacement

CKD

: Chất kết dính

CEB

: Comité Européen du Béton (Ủy ban Bê tông Châu Âu)

DIN

: Deutsches Institut fỹr Normung (Viện Tiêu chuẩn Đức)

Đ/C

: đá/cát

FIP

: Fédération Internationale de la Précontraninte (Hiệp hội Quốc tế

về Dự ứng lực)
FA

: Fly Ash (tro bay)

GTVT

: Giao thông vận tải

HRWR

: High Range Water Reducer (Phụ gia giảm nước cao)

HPC

: High Performance Concrete (Bê tơng tính năng cao)

HSC

: High Strength Concrete (Bê tông cường độ cao)

JSCE

: Japan Society of Civil Engineers (Hội Kỹ sư Xây dựng Nhật Bản)

RILEM

: International Union of Laboratories and Experts in Construction
Materials, Systems and Structures (Hiệp hội Quốc tế các phịng thí

nghiệm và chun gia về vật liệu xây dựng, hệ thống và kết cấu)
MS

: Muội silic

N/X

: Nước/xi măng


x

N/CKD
RI
PGSD
SFRC

: Nước/Chất kết dính
: Chỉ số sợi thép
: Phụ gia siêu dẻo
: Steel Fiber Reinforeced Concrete (bê tông cốt sợi thép)

TCN

: Tiêu chuẩn ngành

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXDVN

: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TI

: Chỉ số độ dẻo BTCST

UHPC

: Ultra High Performance Concrete (bê tơng siêu tính năng)

VLXD

: Vật liệu xây dựng

WRA

: Water reducing admixture (Phụ gia giảm nước)

Lf/Df

: Chiều dài sợi thép/đường kính sợi thép

Lf

: Chiều dài sợi tiêu chuẩn

Df

: Đường kính sợi

νb

: Cường độ dính bám bề mặt

S

: Khoảng cách sợi tiêu chuẩn

σpc

: Cường độ chịu kéo sau nứt BTCST

λ1

: Hệ số ảnh hưởng do chiều dài sợi

λ2

: Hệ số ảnh hưởng do hướng của sợi

λ3

: Hệ số xét tới số sợi cắt qua một đơn vị diện tích

τ

: Lực dính bám giữa sợi thép và bê tơng

Vf

: Hàm lượng sợi

b

: Bề rộng tiết diện dầm bê tông cốt sợi

h

: Chiều cao tiết diện dầm bê tông cốt sợi

F

: Hệ số sợi

k

: Hệ số tính đổi cường độ chịu kéo gián tiếp sang trực tiếp

vu

: Cường độ chịu cắt trung bình của bê tơng cốt sợi thép

β

: Hê số xét đến khả năng truyền lực kéo và cắt của bê tông đã nứt

fct

: Cường độ chịu kéo của bê tông cốt sợi


xi

fsp

: Cường độ chịu ép chẻ của bê tông cốt sợi

a

: Chiều dài nhịp cắt

d

: Chiều cao hữu hiệu

ρ

: Hàm lượng cốt dọc chủ

ρv

: Hàm lượng cốt đai

νb

: Ứng suất cắt do đóng góp cốt sợi thép chịu kéo

fcùf

: Cường độ chịu nén của mẫu bê tông cốt sợi khối lập phương

bw

: Bề rộng hữu hiệu

Mu

: Mô men do tải trọng tính tốn gây ra

Vu

: Lực cắt do tải trọng tính tốn gây ra

Vcc

: Sức khắng cắt của miền bê tông chịu nén

Vd

: Sức kháng cắt của cốt đai

Va

: Sức kháng cắt do sự cài cốt liệu

Vf

: Sức kháng cắt của do cốt sợi thép

As

: Diện tích cốt thép dọc

Av

: Diện tích cốt đai trong phạm vi bước cốt đai

fy

: Cường độ chịu kéo chảy của cốt dọc

fwy

: Cường độ chịu kéo chảy của cốt đai

(σt) evrage

: Ứng suất kéo trung bình của BTCST

θ

: Góc nghiêng của ứng suất nén chéo

ν

: Ứng suất cắt trung bình

f1

: Ứng suất kéo trung bình của bê tơng trên tiết diện nghiêng

f2

: Ứng suất nén trung bình của bê tơng trên tiết diện nghiêng

w

: Bề rộng vết nứt nghiêng

f

: Hệ số ma sát giữa bê tơng và sợi thép

ag

: Kích thước lớn nhất của cốt liệu thô

Sxe

: Thông số khoảng cách vết nứt

Ɛ1

: Biến dạng do ứng suất kéo chính

Ɛ2

: Biến dạng do ứng suất nén chính


xii
Ɛx

: Biến dạng theo phương dọc trục dầm tại giữa chiều cao hữu hiệu

Ɛs

: Biến dạng trong cốt thép dọc chủ

νci

: Ứng suất cắt trên bề mặt vết nứt của bê tơng

fci

: Ứng suất nén trung bình trên bê mặt vết nứt


1
MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Bê tông là một trong những loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng
cơng trình nói chung và cơng trình Giao thơng nói riêng. Ngày nay do yêu cầu về quy
mô và chất lượng, nhiều cơng trình địi hỏi vật liệu bê tơng có cường độ cao hơn. Đồng
thời do khoa học phát triển, nhiều loại bê tơng có tính năng cao và siêu cao đã được
nghiên cứu và áp dụng. Bê tông cường độ cao (BTCĐC) - High Strength
Concrete(HSC) là một trong những loại bê tông tiên tiến đã được áp dụng rất nhiều trên
thế giới và ở Việt Nam. Bê tông cường độ cao có cường độ chịu nén lớn nhưng cường
độ chịu kéo vẫn rất nhỏ. Ngoài việc tăng cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo của bê
tông cũng cần được cải thiện để tăng khả năng chịu lực cho các cấu kiện bê tông và bê
tông cốt thép. Để tăng cường độ chịu kéo cho bê tông người ta thường sử dụng các loại
cốt sợi phân tán như là một thành phần của cốt liệu trong hỗn hợp bê tông. Cốt sợi thép
(CST) là một trong những loại cốt sợi được sử dụng phổ biến nhất do những lợi ích của
nó mang lại. Vì vậy, bê tơng cốt sợi thép (BT CST) là một trong những loại bê tông cốt
sợi được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới [6], [7], [8], [22], [26], [32],
[42]. Nghiên cứu về thành phần và tính chất cơ học của BT CST đã được các nhà khoa
học công bố rất nhiều trên thế giới và ở Việt Nam.

Trước đây, để tăng cường khả năng chịu cắt cho dầm bê tông cốt thép
(BTCT) người ta sử dụng cốt thép đai, cốt thép xiên truyền thống. Ngoài sử dụng
cốt thép dạng thanh thông thường, các loại cốt làm từ vật liệu mới cũng đã được
nghiên cứu để tăng cường sức kháng cắt của dầm BTCT như: cốt đai bằng
composite, cốt sợi các bon, tấm dán các bon [18], [108],..
Để tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT có thể sử dụng cốt dạng thanh
như cốt đai, cốt xiên hoặc cốt sợi trong đó có sợi thép. Sợi thép có tính chất hàn gắn
các vi vết nứt vì nó bắc cầu qua vết nứt, ngăn chặn sự phát triển vết nứt theo nghiên
cứu của Narayanan và Darwish [95], Lim và Oh [99], Swamy R. và H. Bahia [41].
Cốt sợi thép làm tăng khả năng chịu kéo của bê tông, làm tăng sức kháng cắt vì vai
trị kháng ứng suất kéo chính do lực cắt và mơ men gây ra. Cốt sợi thép có thể ngăn

2
ngừa sự nứt chéo do ứng suất kéo chủ và vết nứt do kéo. Do đó việc sử dụng cốt sợi
thép trong dầm BTCT chống lại sự phá hoại do cắt và làm tăng ứng xử dẻo trong dầm

[92]. Đối với BTCĐC, cốt sợi thép sẽ phát huy tốt hơn vai trị của nó do lực dính
bám giữa sợi thép và BTCĐC tốt hơn. Nhiều nghiên cứu về ứng xử của dầm bê tông
cốt sợi thép đã chỉ ra được vai trò của cốt sợi thép khi chịu cắt.
Theo một số nghiên cứu của các nhà sản xuất cốt sợi thép, sử dụng cốt sợi
thép trong kết cấu BTCST có thể giảm được giá thành của cơng trình vì lý do: giảm
được kích thước, thời gian thi cơng nhanh, độ bền lớn, khả năng chịu tác động môi
trường tốt do nứt nhỏ. Chi phí thi cơng có thể giảm tới 30% [7], [22], [33].
Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu ứng xử cắt dầm BTCST có cường độ
trung bình [41], [59], [70], [76], [95]. Một số nghiên cứu về ứng xử cắt dầm bê tông
cường độ cao cốt sợi thép (BTCĐC CST) và dầm bê tông cường độ siêu cao cũng đã
được công bố [59], [101], [107], [115]. Đa số các nghiên cứu tập trung vào dầm khơng
có cốt đai truyền thống để dễ dàng xem xét đóng góp của cốt sợi thép hơn. Tuy nhiên,
do cốt thép đai đóng vai trị quan trọng trong dầm như: định vị cốt dọc, tạo khung cốt
thép, chống xoắn tốt… Nên loại dầm bê tơng có sử dụng cả cốt sợi thép và cốt đai
truyền thống được quan tâm nghiên cứu. Việc nghiên cứu sâu hơn cho dầm BTCST có
sử dụng cốt đai chưa được đề cập nhiều trên thế giới. Với bê tơng cường độ cao, dính
bám giữa cốt sợi thép và bê tông rất tốt. Ứng xử cắt của dầm BTCĐC CST cũng sẽ
khác biệt với bê tông thường. Đặc biệt dầm bê tông cường độ cao sử dụng cốt sợi thép
và cốt thép đai đồng thời đang là chủ đề cần nghiên cứu thêm.

Như ta đã biết, ứng xử cắt của dầm bê tông cốt thép (BTCT) luôn là vấn đề
phức tạp. Sự phá hoại do cắt có nguồn gốc từ các vết nứt nghiêng do nguyên nhân
không chỉ bởi lực cắt mà còn do sự kết hợp của lực cắt với mô men uốn, mô men
xoắn và lực dọc trục [10]. Sự phá hoại do cắt phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích
thước, đặc trưng hình học, tác động tải trọng và các đặc trưng cấu tạo của vật liệu

kết cấu. Các vết nứt do cắt nằm nghiêng và sự phá hoại do cắt phụ thuộc vào số
lượng lớn các yếu tố, vì vậy thiết kế dầm bê tông cốt thép chịu cắt không giống như
thiết kế dầm chịu uốn mà phải xem xét sự đáp ứng của kết cấu trong một chiều dài
nhất định hơn là xem xét tại các mặt cắt riêng lẻ.


3
Từ những rủi ro của sự phá hoại do cắt trong cấu kiện chịu uốn bằng BTCT
đã xảy ra trong quá khứ, dẫn đến các nhà nghiên cứu quan tâm hơn đến vấn đề này.
Qua một số sự cố về phá hoại cắt của các kết cấu BTCT trên thế giới, đặt ra vấn đề
cần xem xét, nghiên cứu thêm về ứng xử cắt của dầm BTCT và BTCST. Việc
nghiên cứu về ứng xử cắt của dầm BT CST một cách tồn diện giúp các nhà khoa
học đưa ra mơ hình tính tốn một cách chính xác hơn. Đặc biệt, nghiên cứu ứng xử
cắt của dầm BTCĐC CST có sử dụng cốt đai là đề tài phức tạp [48], [70], [91] có
rất ít nghiên cứu. Các chủ đề về ứng xử cắt của dầm BTCĐC CST cần được quan
tâm nhiều hơn nữa.
Tại Việt Nam, vấn đề nghiên cứu ứng xử cắt của dầm BTCST rất ít được
cơng bố. Trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT cho cơng trình cầu đường bộ
vẫn chưa đề cập đến tính tốn về cắt cho loại dầm BTCST và BTCĐC CST.
Từ những phân tích trên, việc nghiên cứu một mơ hình tính tốn về cắt phù
hợp cho dầm BTCĐC CST là cấp thiết và mang tính thời sự. Với các dầm có sử
dụng cốt đai truyền thống kết hợp với cốt sợi thép, do mối quan hệ phức tạp về ứng
suất biến dạng dẫn đến góc nghiêng của ứng suất nén chính và biến dạng trong cốt
thép dọc chủ thay đổi. Vì vậy, ứng xử cắt của dầm BTCST vẫn là vấn đề phức tạp
cần được nghiên cứu nhiều hơn và kỹ hơn. Do đó: “Nghiên cứu ứng xử cắt của dầm
bê tơng cường độ cao cốt sợi thép” có tính cấp thiết, nhất là sử dụng vật liệu trong
điều kiện ở Việt Nam.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về ứng xử cắt của dầm BTCT và BTCST nói riêng từ
đó lựa chọn được mơ hình bán thực nghiệm phù hợp với tính tốn về cắt cho dầm

- Nghiên cứu thực nghiệm điều chỉnh công thức dự báo sức kháng cắt cho
dầm BTCĐC CST có sử dụng cốt đai.
- Đưa ra trình tự thiết kế cắt cho dầm BTCĐC CST chịu tải trọng thiết kế
trong tiêu chuẩn Thiết kế cầu đường bộ TCVN 11823-2017
- Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng công thức đề ra, nghiên cứu các
dạng phá hoại do cắt trong dầm BTCĐC CST và nghiên cứu về biến dạng trong


4
cốt thép dọc, cốt thép đai và trong bê tông miền chịu nén của dầm giản đơn BT
CĐC CST.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là ứng xử cắt của dầm giản đơn BTCĐC CST có sử
dụng cốt đai. Dầm giản đơn BTCĐC CST tiết diện chữ nhật được kiểm chứng theo
công thức tính sức kháng cắt đề xuất. Xem xét các hình thức phá hoại do cắt và cắt
uốn của các dầm kích thước cụ thể theo thiết kế. Đo biến dạng trong cốt dọc, cốt
đai, bê tông miền nén của dầm BTCĐC CST bằng các sen sơ gắn trực tiếp vào các
vị trí cốt thép và bê tơng theo thiết kế.
 Phạm vi nghiên cứu:
Dầm giản đơn BTCĐC CST. Cường độ chịu nén thiết kế là 70MPa. Cốt thép
sợi hàm lượng trong khoảng từ 0,5%-2%. Sử dụng sợi thép Dramix, uốn móc 2 đầu
có chiều dài thay đổi. Cốt sợi thép Dramix là loại sợi thép phổ biến và đã có ứng
dụng vào kết cấu bê tơng cốt thép ở Việt Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu Lý thuyết kết hợp thực nghiệm để đưa ra được Mơ hình dự báo
sức kháng cắt của dầm BTCST và BTCĐC CST.
Phần nghiên cứu lý thuyết có mục tiêu phân tích các mơ hình bán thực
nghiệm có thể tính tốn về cắt cho dầm BTCST. Từ đó lựa chọn được mơ hình phù
hợp nhất để dự báo sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST.

Phần nghiên cứu thực nghiệm gồm: Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất chịu
kéo (ép chẻ) của vật liệu BTCĐC CST từ đó dùng phần mềm tính tốn để đưa ra được
cơng thức dự báo phần đóng góp của riêng cốt sợi cho khả năng chịu kéo của BTCĐC
CST. Xác định các tham số đầu vào để thí nghiệm xây dựng hàm mục tiêu.

Kết hợp với mơ hình bán thực nghiệm đã xem xét ở trên, xây dựng được
công thức tính tốn sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST có sử dụng cốt đai.
Nghiên cứu thử nghiệm trên các dầm kích thước thiết kế để kiểm chứng cơng
thức tính tốn sức kháng cắt đề ra. So sánh với mơ hình trong tiêu chuẩn hiện hành
trên thế giới.


5
5. Bố cục
Luận án gồm các nội dung được bố cục như sau:
Phần mở đầu
Chương 1. Tổng quan về bê tông cốt sợi thép và ứng xử cắt của dầm BTCST
Chương 2. Nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo sức kháng cắt của dầm
BTCĐC CST
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử cắt của dầm bê tông cường độ
cao cốt sợi thép
Chương 4. Nghiên cứu ứng dụng tính tốn về cắt cho dầm cầu đường bộ sử
dụng bê tông cường độ cao cốt sợi thép
Kết luận và Kiến nghị
6. Kết quả dự kiến
- Khuyến nghị, lựa chọn được một mơ hình phù hợp tính tốn sức kháng cắt
cho dầm BT CĐC CST
- Kiến nghị cơng thức tính tốn sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST dựa vào
lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về ép chẻ của các tổ hợp mẫu bê tông cường độ
cao cốt sợi thép.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST
- Nghiên cứu thử nghiệm trên các dầm BTCĐC CST kiểm chứng công thức
dự báo sức kháng cắt đưa ra. Dự báo được góc nghiên ứng suất kéo chủ và hình
thức phá hoại cắt dầm BTCĐC CST
- Đưa ra trình tự thiết kế cắt cho dầm cầu đường bộ.


6
Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP VÀ ỨNG XỬ
CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP
1.1. Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao cốt sợi thép
1.1.1. Lịch sử phát triển của bê tông cường độ cao
Trên thế giới, do yêu cầu phát triển của ngành xây dựng cơng trình, ln địi
hỏi vật liệu mới phải đáp ứng được các u cầu kỹ thuật của cơng trình. Bê tông
cường độ cao là một trong những vật liệu mới được nghiên cứu từ những năm 1960
và được ứng dụng sau đó. Lúc đầu bê tơng cấp từ 34MPa trở lên đã được coi là
cường độ cao [30], [90]. Theo thời gian quan niệm về bê tông cường độ cao cũng đã
dần thay đổi, mới đầu bê tông cấp 40 MPa (6000 psi) được xem là cường độ cao và
đó cũng là thành tựu đáng quý. Sau đó, theo báo cáo của tiểu ban 363R-92 [30] của
Viện bê tông Hoa Kỳ lần thứ 2 đã thay đổi khái niệm, bê tơng cường độ cao phải có
cấp từ (41-55) MPa. Cho đến năm 1997 trong quá trình sửa đổi, Ủy ban bê tông 363
đã công nhận rằng định nghĩa bê tơng cường độ cao tùy vào vị trí địa lý.
Ở những nơi ứng dụng bê tông thương phẩm chủ yếu có cường độ nén khoảng 34
MPa thì bê tơng cường độ cao có cường độ chịu nén là 62 MPa trở lên. Theo [15] bê
tông cường độ cao là loại bê tơng có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày, lớn hơn
60MPa, với mẫu hình trụ D=15cm; H=30cm. Mẫu được dưỡng hộ, thử nghiệm theo
các tiêu chuẩn hiện hành.
Bê tông cường độ cao (BT CĐC) và chất lượng cao (BT CLC) - High
Performance Concrete (HPC) - được nghiên cứu trên Thế giới vào thập kỷ 70 của

thế kỷ 20 [15]. Bê tông cường độ cao đã được áp dụng tại Mỹ để xây nhà cao tầng;
xây dựng các cơng trình ngồi biển ở Na Uy; Các cơng trình cầu được xây dựng từ
bê tông chất lượng cao ở Pháp, Nga, Nhật bản đã đạt được thành công nổi bật.
Trong giai đoạn từ năm 1960-1998, Chicago đã đóng vai trị quan trọng trong
nghiên cứu phát triển bê tông cường độ cao và sản phẩm bê tông cường độ cao [90].
Tại đây, từ năm 1961 bê tông cấp 42 MPa được áp dụng cho dự án nhà chung cư
Outer Drive East cao 40 tầng. Năm 197, lần đầu tiên bê tơng có cường độ chịu nén
52 MPa đã được áp dụng để xây dựng nhà 52 tầng của một Trung tâm thương mại;


7
năm 1974 bê tông 62 MPa đã được áp dụng cho tháp nước. Hai lăm năm sau, khi đã
hoàn thiện về nghiên cứu, bê tơng có cường độ 95 MPa đã được ứng dụng một cách
đều đặn cho nhiều dự án lớn ở Chicago. Ở Bắc Mỹ, cuối những năm 1980, bê tông
cường độ rất cao đã được chế tạo thành công và tỷ lệ ứng dụng lớn là loại bê tơng
có cường độ là 130 MPa với mơ đun dẻo của bê tông là 50 GPa.
Tại Nhật bản, cầu bê tông cốt thép cường độ cao đã được xây dựng cho tuyến
đường sắt Nhật bản từ năm 1973 [90]. Mục đích sử dụng bê tơng tính năng cao để
giảm trọng lượng tĩnh tải, giảm độ võng, rung động và giảm tiếng ồn. Sau hai mươi
năm đi vào sử dụng, những dạng cầu đó đã đáp ứng được tất cả yêu cầu mà tiêu
chuẩn đề ra (CEB-FIB, 1994)
Ở Việt Nam bê tông cường độ cao đã bước đầu được nghiên cứu vào những
năm 2000 [15]. Bê tông cường độ cao và bê tơng tính năng cao ngày càng được nhiều
nhà Khoa học về bê tông nghiên cứu và ứng dụng. Tại trương đại học Giao Thông Vận
tải, GS. TS Phạm Duy Hữu đã có nhiều đề tài, bài báo về bê tơng cường độ cao và tính
năng cao [11], [12], [15], [14], [13]. Trường đại học Xây dựng cũng đã có

những nghiên cứu sâu rộng vê bê tơng tính năng cao và siêu cao khoảng từ năm
2000 và những năm sau đó và đã có những cơng bố đáng chú ý [17], [23], [20].
Trường đại học Thủy lợi cũng đã nghiên cứu nhiều vê bê tơng tính năng cao và đặc

biệt là bê tông đầm lăn. Các công bố về bê tông này cũng đã công bố trên các tạp chí
uy tín. Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng cũng đã cơng bố nhiều cơng trình
nghiên cứu về bê tơng tính năng cao [16]. Năm 2011, Sở Giao thơng Thành phố Đà
nẵng đã có báo cáo tổng kết về tình hình nghiên cứu và ứng dụng về bê tơng cường
độ cao [21] trong đó cho thấy loại bê tơng có tính năng cao đã bước đầu được ứng
dụng trong các cơng trình ở Việt Nam. Các viện nghiên cứu như: Viện Khoa học và
công nghệ GTVT, Viện Khoa học Công nghệ xây dựng đã có những cơng trình
nghiên cứu về bê tơng tính năng cao và đang dần tiếp cận với bê tơng tính năng siêu
cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC). Năm 2014, tiêu chuẩn về thiết kế
hỗn hợp bê tông cường độ cao [3] được ban hành đánh dấu bước tiến mạnh mẽ cho
việc áp dụng bê tông cường độ cao và tính năng cao vào xây dựng các cơng trình,
đặc biệt là các cơng trình Cầu trong ngành Giao Thông Vận Tải.


8
1.1.2. Lịch sử phát triển của bê tông cốt sợi thép (BTCST)
Trên thế giới, từ thời kỳ Ai Cập và Babylon, người ta đã sử dụng những loại
sợi hoặc lông động vật để tăng cường cho gạch, tường trát bùn, thạch cao. Với vữa
xi măng pooc lăng, người ta sử dụng sợi amiăng. Những nghiên cứu đầu tiên về sợi
thép phân tán là của Romualdi, Batson, Mandel. Nghiên cứu sau đó được thực hiện
bởi Shah, Swamy và một vài những nghiên cứu khác ở Mỹ, Anh, Nga...Vào những
năm 1960, BTCST đã bắt đầu được sử dụng vào kết cấu mặt đường.
Từ năm 1971 - 1977, Nawy và cộng sự đã nghiên cứu về sự làm việc lâu dài
của những bó có nhiều thanh nhỏ, lưới thuỷ tinh và những thanh bị biến dạng như là
thanh tăng cường chính trong kết cấu. Từ đó cho đến nay, q trình sử dụng sợi tăng
cường vào bê tông được nghiên cứu rất nhiều nhằm mục đích cải thiện một số tính
năng cơ học của bê tơng. Tuy nhiên, nó khơng thay thế cho những thanh thép tăng
cường chính trong kết cấu bê tơng cốt thép [22]. Khoa học của bê tông cốt sợi đã
được phát triển từ đó cho tới nay.
Trong những năm 1989 - 1999, các tiêu chuẩn của ACI 544 [28], [32], [33],

[31], [37] về bê tông cốt sợi ra đời, gồm có 4 tập: tập 1R tổng quan, tập 2R các tính
chất, tập 3R giới thiệu về cơng nghệ, tập 4R-99 hướng dẫn thiết kế bê tông được
tăng cường cốt sợi thép (BTCST). Đến nay đã có tập 9R- dự báo dựa trên đo tính
chất cơ học của bê tơng cốt sợi cứng. Tiêu chuẩn ASTM C1018-97 [40] hướng dẫn
về thí nghiệm xác định độ dai của BTCST.
Các tổng kết về q trình phát triển của bê tơng cốt sợi thép cũng đã được chỉ
rõ trong như sau: Năm 1994, HSu LS và HSu CCT đã phân tích trạng thái ứng suất
biến dạng của BTCST. Năm 1996, Nawy công bố nghiên cứu về tăng cường bê tông
bằng cốt sợi. Năm 1978, Wyliam và Sharama công bố về khả năng chịu cắt của bê
tông cốt sợi. Năm 1992, Naaman đã thông báo về bê tông cốt sợi chất lượng cao.
Richard, năm 1992 cơng bố về bê tơng có độ bền cao sử dụng cốt sợi thép. Năm
1995 -2000, F.De. Larrard và J.M. Torrenti đã có những cơng bố về bê tơng chất
lượng cao và BTCST của Bernhard R. Maidl Steel Fibere RC. Năm 1995, nước
Đức, giới thiệu kiến thức căn bản về bê tông cốt sợi và các phương pháp phân tích
trên quan hệ tải trọng và độ võng


9
Vấn đề độ dai của bê tông được gia cường cốt sợi đã được quan tâm nghiên
cứu từ năm 2000 như của Yu Cheng Kan - Taiwan và Piti Sukontasukkul - Bangkok,
các tác giả so sánh thuộc tính này giữa tiêu chuẩn ASTM C1018 và tiêu chuẩn Nhật
Bản JSCE SF-4. Năm 1997, D.O.Al-Ghamdy Đại học Michigan (Mỹ) đã công bố
những nghiên cứu về quan hệ giữa độ dai với thành phần vật liệu có hàm lượng cốt
sợi vf từ 0.75 đến 1.5% Năm 1994 tác giả Jean Francois ở Trường Đại học Nova
Scotia - Canada nghiên cứu và mô tả tính dai của vật liệu BTCST trên mẫu
100x100x350mm với cường độ bê tông từ 40 MPa đến 85 Mpa (mẫu
150x150x150mm) xác định trị số về mô đun đàn hồi và mơ đun cắt ở vùng độ võng
từ 0-0.4mm tính tốn năng lượng đàn hồi và năng lượng tổng thể. Năm 2007, Job
Thomas ở Ấn Độ có trình bày nghiên cứu về tính chất cơ học của BTCST có cường
độ trên mẫu hình lập phương từ 35-65 MPa với hàm lượng cốt sợi thép từ 0.5-1.5%

và xem xét tính chất của bê tông cốt sợi tương quan với hệ số L f/Df ứng dụng
phương pháp quy hoạch thực nghiệm để lập ra các công thức đơn giản để dự báo
mô đun đàn hồi và các tính chất khác.
Các nghiên cứu về động lực học của BTCST được các tác giả K. Fullard và
P. Barr (Anh) công bố. M.Zineddin và T. Krauthamer (Viện Hàn lâm Khoa học Hoa
Kỳ) công bố vào năm 2006. Đại học Munchen Đức đã công bố về các nghiên cứu
thí nghiệm va chạm vào tấm bê tơng với tốc độ rất cao. Trường Cầu Đường
Paris đã trình bày đầy đủ các cơ sở để nghiên cứu BTCST trong cuốn sách Les
Bestons de fibres metalliques tác giả Rossi - Casanova - 1998. Năm 1999 tại Berlin
tác giả Yong zhi Lin Trường Karlsruhe công bố cuốn sách về bê tông được gia
cường cốt sợi trong đó có trình bày phân tích kết cấu của bê tơng cốt sợi trên cơ sở
cơ học phá hủy.
Năm 2002, cơ sở để thí nghiệm và thiết kế bê tông gia cường bằng cốt sợi
dựa theo phương pháp phân tích theo mặt cắt và theo cơ học phá hủy trong tiêu
chuẩn RILEM TC 162TDF [104]. Các tiêu chuẩn đã được sử dụng để tính tốn các
kết cấu BTCST như ACI, DIN, AASHTO, EHE, Fib [1], [32], [54], [57] ra đời từ
năm 1988 đến nay.


10
Tác giả Konig, Holschemacher, Dehn, 11/2002, Leipzig (Đức) đã xuất bản
cuốn sách Faserbeton. Sách hướng dẫn về cách thí nghiệm và phân tích các tính
chất, phân tích về cơ học phá hủy và phương pháp thiết kế theo mặt cắt, đặc biệt có
giới thiệu kết quả nghiên cứu ứng dụng tà vẹt bê tông cốt sợi. Các nghiên cứu về
phương pháp tính tốn kết cấu BTCST cũng đã được nghiên cứu hồn thiện gần đây
[75].
Các cơng trình nghiên cứu về vật liệu bê tông siêu cường độ (150-800 MPa)
cũng đã được công bố trên thế giới bởi các tác giả Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Pháp, Đức tại Hội nghị về Bê tông chất lượng cao thế giới năm 2005, 2008
và những năm sau đó [62], [44], [50], [73], [74], [78], [84]. Nhiều nghiên cứu về

ứng xử của cấu kiện như dầm BT CĐSC, cột bằng vật liệu BT CĐSC đã được đăng
trong các tài liệu hội thảo quốc tế về UHPC [67], [73], [94], [84], [68], [65], [86].
Tại Việt Nam, luận án tiến sỹ về bê tông cốt sợi polyme của tác giả Nguyễn
Ngọc Long đã hoàn thành năm 2000. Tác giả Nguyễn Văn Chánh, 2001 về bê tông
nhẹ cốt sợi hữu cơ [9]. Các vấn đề về BTCST đã bước đầu được quan tâm và công
bố năm 2003 với cuốn sách “Bê tông cốt sợi thép” do tác giả Nguyễn Viết Trung
chủ biên [22]. Nguyễn Tiến Bình, 2005, với bê tông cốt sợi polypropylene. GS.TS
Phạm Duy Hữu [12] đã nghiên cứu về bê tông chất lượng cao trong đó có BTCST
và cơng nghệ thi cơng Bê tơng chất lượng cao và bê tông cốt sợi từ năm 2011. Năm
2012, GS Phạm Duy Hữu và các cộng sự [13] cũng đã có cơng trình nghiên cứu về
vật liệu mới trong đó có cơng bố về bê tơng cốt sợi nói chung và sợi thép nói riêng.
Năm 2010, TS. Phạm Duy Anh về tính chất cơ học và ứng xử của bê tông cường độ
cao cốt sợi thép trong dầm. Nhiều cơng trình nghiên cứu khoa học của các trường
đại học, các Viện khoa học về bê tông cốt sợi phân tán đã được công bố từ khoảng
năm 2006 tới nay. Nghiên cứu về chế tạo bê tông cốt sợi, sợi thép cũng như các
nghiên cứu về thuộc tính của bê tông cốt sợi thép của các tác giả như của Trần Bá
Việt, Nguyễn Thanh Bình [26], [25], [8] và của Phạm Duy Anh [6] đã được công bố
trên các tạp chí có uy tín của các Ngành. Các nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi trên
nền vật liệu địa phương [9] của Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh và cho cơng
trình Giao thơng của Viện KH và CN GTVT [24] cũng đã đóng góp cho sự


11
phát triển loại vật liệu này ở Việt Nam. Các nghiên cứu về sự làm việc mỏi của bê
tông cốt sợi phân tán đã được tác giả Bùi Thiên Lam [16] trường Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng công bố. Các nghiên cứu vê những loại sợi khác như sợi các bon, sợi
Ba zan, sợi sơ dừa, sợi thủy tinh được chỉ ra trong [18], [19]. [16]
Ở Việt nam, vấn đề nâng cao chất lượng và tính năng của bê tơng đang được
quan tâm. Nhiều cơng trình nghiên cứu khoa học và ứng dụng của BT CĐSC đã được
thực hiện [20], [80], [103]. BT CĐSC có sự tham gia của cốt sợi thép giúp cải thiện

đáng kể tính năng của nó. Vật liệu này thường đã được dùng trong ngành xây dựng
giao thông như: cầu đường bộ, cầu dành cho người đi bộ, cầu có khẩu độ lớn, mái
vịm, kết cấu vỏ hầm... Gần đây, TS Trần Bá Việt và các cơng sự đã nghiên cứu tính
tốn sử dụng BT CĐSC vào thết kế cầu nhịp giản đơn, tải trọng HL93 [111] và đã
nghiên chế tạo được cầu BT CĐSC cho phương tiện 2 bánh, nhịp giản đơn 18m tại
Hậu Giang [5].
1.2. Tính năng cơ học của bê tơng cốt sợi thép
1.2.1. Lực dính bám giữa sợi thép và chất nền BT, dính bám của cốt thép và BTCST
Bê tơng cốt sợi thép là vật liệu hỗn hợp dạng composite, được cải thiện ứng xử
của vật liệu bê tông thông thường sau nứt. Các thuộc tính của bê tơng sau nứt phụ thuộc
rất lớn vào lực dính bám giữa cốt sợi và bê tơng. Vai trị chủ đạo của cốt sợi thép là
khâu vết nứt, hạn chế độ mở rộng vết nứt, làm cho BTCST có tính dẻo dai, hấp thu
năng lượng lớn hơn bê tông thường. Cốt sợi thép làm tăng cường độ chịu kéo của bê
tơng. Lực dính bám giữa sợi thép và bê tơng càng lớn thì cường độ chịu kéo của
BTCST càng lớn do cốt thép khó bị kéo tuột ra khỏi bê tơng. Lực dính bám giữa sợi
thép và bê tông phụ thuộc rất lớn vào hình dạng và loại cốt sợi thép. Theo [22] và

[70] sợi thép có bề mặt tiếp xúc lớn sẽ có lực dính bám với bê tơng cao hơn. Sợi có
tiết diện hình vng sẽ dính bám tốt hơn tiết diện trịn khi có cùng chiều dài sợi. Sợi
có đường kính nhỏ, độ co của sợi lớn có khả năng dính bám tốt hơn. Cường độ dính
bám của cốt sợi được cải thiện đáng kể khi sợi được chế tạo sao cho hình dạng
khơng thẳng mà có dạng uốn cong đầu sợi, dạng lượn sóng, xoắn, mở rộng ở đầu...
Sợi thép Dramix có uốn móc 2 đầu tăng lực dính bám tốt hơn các loại sợi thép khác
do ma sát giữa sợi và bê tơng tốt hơn (Hình 1.1).